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OSPF协议

news 来源：原创 2025/6/28 12:20:36

OSPF介绍

OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是一种用于互联网协议网络的链路状态路由协议。它属于内部网关协议（IGP），主要用于单一自治系统（AS）内部的路由选择。在AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。

百度百科-OSPF

OSPF大概所需掌握的知识点

OSPF 基本配置，查看OSPF 表格，OSPF 5 种报文，7种邻居状态，4 种网络类型，4 种特殊区域，7类LSA，4 种 link-type，标识一条LSA的 3 个要素，OSPF 邻居与邻接关系，单区域、多区域、OSPF 认证（keychain）,DR 的选举，OSPF 被动接口，OSPF 域间聚合，外部聚合，不规则区域的解决办法（虚链接），OSPF 开销值、协议优先级及计时器的修改，OSPF 外部路由引入，下放默认路由，OSPF 协议中 Forwarding Address 的理解

OSPF涉及术语

Router-id

介绍

一台路由器要运行OSPF协议，必须存在router-id。Router-id是一个32比特无符号整数，唯一标识一台运行OSPF协议的路由器，切不能相同（相同区域，router-id不能相同；不同区域，router可以相同，建议设置不同以便区分）。

选取方式

1、通过命令行手动配置。（推荐，根据路由器名字，命名router-id）

2、设备自动设定。

如果没有手动配置Router ID，设备会从当前接口的IP地址中自动选取一个作为Router ID。其选取顺序是：

①优先从Loopback地址中选择最大的IP地址作为Router ID。

②如果没有配置Loopback接口，则在接口地址中选取最大的IP地址作为Router ID。

只有重新配置系统的Router ID或者OSPF的Router ID，并且重新启动OSPF进程后，才会进行Router ID的重新选取。

区域(Area)

介绍

OSPF协议通过将自治系统划分成不同的区域解决LSDB频繁更新的问题，提高网络的利用率。区域是从逻辑上将设备划分为不同的组，每个组用区域号（Area ID）来标识。区域的边界是设备，而不是链路。一个网段（链路）只能属于一个区域，或者说每个运行OSPF的接口必须指明属于哪一个区域。

区域分类

普通区域

缺省情况下，OSPF区域被定义为普通区域。普通区域包括：

骨干区域（Area 0）：连接所有其他OSPF区域的中央区域，通常用Area 0表示。骨干区域负责汇聚来自不同区域的路由信息，并在这些区域之间传递路由信息。非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。
标志区域（Standard Area）：除了Area 0之外的其他区域，通常被称为标准区域或非骨干区域。非骨干区域必须与骨干区域保持连通。这些区域内部的路由器只与同一区域内的其他路由器交换链路状态信息（LSA）。

Stub区域

Stub区域是一些特定的区域，Stub区域的ABR不传播它们接收到的自治系统外部路由，因此这些区域中设备的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。一般情况下，Stub区域位于自治系统的边界，是只有一个ABR的非骨干区域，为保证到自治系统外的路由依旧可达，Stub区域的ABR将生成一条缺省路由，并发布给Stub区域中的其他非ABR设备。

备注：1、骨干区域不能配置成Stub区域。2、Stub区域内不能存在ASBR，因此自治系统外部的路由不能在本区域内传播。3、虚连接不能穿过Stub区域。

NSSA(Not-So-Stubby Area)区域

NSSA区域允许引入自治系统外部路由，携带这些外部路由信息的Type7 LSA由NSSA的ASBR产生，仅在本NSSA内传播。当Type7 LSA到达NSSA的ABR时，由ABR将Type7 LSA转换成Type5 LSA，泛洪到整个OSPF域中。

备注：1、NSSA区域的ABR会发布Type7 LSA缺省路由传播到本区域内。2、所有域间路由都必须通过ABR才能发布。3、虚连接不能穿过NSSA区域。

路由器类型

路由器类型	含义
区域内路由器（Internal Router）	该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。
区域边界路由器ABR（Area Border Router）	该类设备可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。 ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域之间既可以是物理连接，也可以是逻辑上的连接。
骨干路由器（Backbone Router）	该类设备至少有一个接口属于骨干区域。所有的ABR和位于Area0的内部设备都是骨干路由器。
自治系统边界路由器ASBR（AS Boundary Router）	与其他AS交换路由信息的设备称为ASBR。 ASBR并不一定位于AS的边界，它可能是区域内设备，也可能是ABR。只要一台OSPF设备引入了外部路由的信息，它就成为ASBR。

支持的网络和报文类型

LSA类型

OSPF（Open Shortest Path First）协议中，LSA（Link-State Advertisement）是用于传播链路状态信息的消息类型。每个 OSPF 路由器会生成不同类型的 LSA，以便传播它的链路状态信息，并最终帮助计算最短路径。OSPF 定义了多种类型的 LSA，每种类型都有不同的用途和传播方式。

LSA类型	LSA作用
Type 1: Router LSA（路由器 LSA）	生成者：每个 OSPF 路由器都会生成 Type 1 LSA。目的：它描述了路由器的接口和邻接路由器的信息。每个 OSPF 路由器都会广播自己的链路状态信息，告诉邻居它直接连接到哪些网络。内容：路由器的 ID（Router ID）。路由器的每个接口的 IP 地址、网络掩码、成本（Metric）等。路由器的邻居列表（即与哪些路由器直接连接）。范围：这种 LSA 只在该路由器的本地区域内传播。
Type 2: Network LSA（网络 LSA）	生成者：在广播和非广播多访问（NBMA）网络中，由指定路由器（DR）生成。目的：它描述了一个广播型网络或非广播型多访问网络上所有参与路由的 OSPF 路由器的拓扑。内容：该网络的 DR 和 BDR（备份指定路由器）的信息。该网络中所有 OSPF 路由器的列表。范围：这种 LSA 只在该广播网络的区域内传播。
Type 3:Summary LSA（汇总 LSA）	生成者：由区域边界路由器（ABR）生成。目的：它用于在不同的 OSPF 区域之间传递路由信息。通过这种 LSA，ABR 会把本区域内的路由信息汇总并传递给其他区域。内容： ABR 将当前区域的路由汇总成一条条目的路由，通常是目标网络的地址范围和相应的成本。范围：这种 LSA 只在不同区域之间传播，即一个区域的 ABR 向其他区域的 ABR 传播这些汇总信息。
Type 4:ASBR Summary LSA（ASBR 汇总 LSA）	生成者：由区域边界路由器（ABR）生成，用来向其它区域传递外部路由信息。目的：它用于在区域之间传递 ASBR（自治系统边界路由器）的信息，告诉其他区域 ASBR 存在的位置。内容：该 LSA 包含一个指向 ASBR 的指针，目的是告诉其他区域的路由器，外部路由（如 Type 5 LSA）可以通过该 ASBR 访问。范围：这种 LSA 只在区域之间传播，通常从一个区域的 ABR 向其他区域的 ABR 传递。
Type 5:External LSA（外部 LSA）	生成者：由 ASBR（自治系统边界路由器）生成，用于引入外部网络（即 OSPF 外部网络）的路由。目的：它用于传播来自 OSPF 外部的路由信息。这些信息通常来自外部自治系统（例如：一个不同的 OSPF 域，或者通过 EIGRP、BGP 等协议连接到的网络）。内容：外部目的地的 IP 地址、子网掩码以及通往该网络的成本。外部网络的信息（例如 BGP 或 EIGRP 路由器的路由）。范围：这种 LSA 在整个 OSPF 网络中传播，可以跨越多个区域。
Type 6:Group Membership LSA（组成员 LSA）	生成者：通常由支持多播路由的路由器生成。目的：这种 LSA 用于传播多播组的成员信息，在 OSPF 中多用于 MOSPF（Multicast OSPF）扩展中。内容：描述一个路由器所属的多播组，以及参与该组的其他路由器的信息。范围：这种 LSA 仅用于 OSPF 多播扩展网络中。
Type 7:NSSA External LSA（NSSA 外部 LSA）	生成者：由 NSSA（Not So Stubby Area）内的 ASBR 生成。目的：它是 NSSA 区域的特殊外部 LSA，与普通的 Type 5 LSA 类似，但它不会直接传播到区域外。Type 7 LSA 允许 NSSA 区域通过 ASBR 引入外部路由，但外部路由仅限于 NSSA 区域内部。内容：类似于 Type 5 LSA，描述外部网络的 IP 地址和成本。由于 NSSA 区域的特殊性，Type 7 LSA 仅在 NSSA 区域内部传播，而不是在整个 AS 中传播。范围：这种 LSA 在 NSSA 区域内传播，并且只有通过特定的转换规则才会被转换为 Type 5 LSA 以供其他区域使用。

总结

Type 1 和 Type 2 LSA 用于描述路由器和网络的基本拓扑。

Type 3 和 Type 4 LSA 用于跨区域传播汇总信息和 ASBR 的信息。

Type 5 和 Type 7 LSA 用于引入外部网络的路由信息，其中 Type 5 是标准的外部路由，而 Type 7 主要用于 NSSA 区域。

报文类型

OSPF用IP报文直接封装协议报文，协议号为89。OSPF分为5种报文：Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文。

报文类型	报文作用
Hello报文	周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。
DD报文（Database Description packet）	描述本地LSDB（Link State Database）的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步。
LSR报文（Link State Request packet）	用于向对方请求所需的LSA。设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。
LSU报文（Link State Update packet）	用于向对方发送其所需要的LSA。
LSAck报文（Link State Acknowledgment packet）	用来对收到的LSA进行确认。

OSPF工作过程

1、邻接建立：路由器通过Hello报文发现并建立邻接关系。

2、数据库同步：路由器交换DBD（数据库描述）报文，确认链路状态信息。

3、链路状态更新：通过LSR（请求）、LSU（更新）和LSAck（确认）报文交换链路状态信息。

4、SPF计算：根据链路状态信息，使用SPF算法计算最短路径树，更新路由表。

5、维护更新：定期交换Hello和DBD报文，保持链路状态信息的同步和更新。

OSPF建立邻居关系

DR的选举

作用：负责在MA网络中简历和维护邻接关系，同步LSA。

选举过程

1、接口DR：优先级越大越优，默认优先级为1，若优先级为0则表示不参与DR/BDR的选举

2、先选举BDR ，后有DR

如果先选举DR，再选举BDR ，当选举 BDR 的过程中DR 失效，此时网络中既没有 DR 也没有 BDR，切换将无法进行，状态机也就没办法做了。所以先有 BDR，后有 DR 是为了保证状态机能正常工作。

3、router-id越大越优先

4、当处于同一网段的两台路由器竞争DR时，DR优先级高者胜出。如果优先级相等，则Router ID大者胜出。如果一台路由器的优先级为0，则它不会被选举为DR或BDR。

5、DR非抢占，基于端口。

OSPF支持的网络类型

网络类型	含义
广播类型（Broadcast）	当链路层协议是Ethernet、FDDI时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中：通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中，224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址；224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR（ Backup Designated Router）的预留IP组播地址。以单播形式发送DD报文和LSR报文。
NBMA类型（Non-Broadcast Multi-Access）	当链路层协议是帧中继、X.25时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。
点到多点P2MP类型（Point-to-Multipoint）	没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。在该类型的网络中：以组播形式（224.0.0.5）发送Hello报文。以单播形式发送其他协议报文（DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。
点到点P2P类型（point-to-point）	当链路层协议是PPP、HDLC和LAPB时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。

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